搜索使用未知荷载系数功能做斜拉桥正装分析
2016-11-27 by:CAE仿真在线 来源:互联网
在斜拉桥的设计中,需要计算能满足成桥阶段设计条件(加劲梁的弯矩分布均匀、索塔不受或只受
较小的弯矩作用、均匀的索张力布置等)的各施工阶段索的张力,从而要求进行较为精确的施工阶
段分析。施工阶段分析可为正装和倒装分析。正装分析是按实际施工顺序建立各阶段模型,逐步
安装加劲梁和拉索,通过分析得到各施工阶段的内力和位移。倒装分析是在成桥阶段求出满足设
计条件的索的张力后,按与实际施工顺序相反的方向建立各阶段模型,逐步拆除桥梁段和拉索,
通过倒退分析可获得各施工阶段索的张力。
从理论上说,将倒退分析获得的各参数应用到正装分析中,会得到满足设计条件的成桥状态。但
是当需要考虑收缩和徐变时,因为收缩和徐变与结构的形成过程有关,而倒退分析在时间上是逆
时间顺序的,所以一般的倒退分析无法准确地反应各阶段的位移和内力状态。虽然目前有一些替
代方法(如迭代法),但正装和倒推分析结果不一致(不闭合)的问题始终存在。所以在一些斜拉桥
设计中有很多设计公司只做正装而不做倒退分析,这样在各施工阶段需要多次对索力进行调试计
算,以期达到成桥阶段的设计要求,分析工作相当繁琐。
MIDAS/Civil 的未知荷载系数功能可求出满足成桥阶段设计要求(加劲梁的弯矩分布均匀、索塔不
受或只受较小的弯矩作用、均匀的索张力布置等)的各施工阶段的较为理想的索力,解决了设计人
员繁琐的试算问题,提高了设计精度和工作效率。
本文将通过例题介绍 MIDAS/Civil 的未知荷载系数功能的使用方法、考虑施工阶段的未知荷载系
数的计算方法以及未知荷载系数的影响矩阵法。
1. 未知荷载系数的特点
MIDAS/Civil的未知荷载系数功能是使用优化方法计算满足制约条件及目标函数的各变量值的功能。例
如在斜拉桥设计中,可计算满足设计人员指定的制约条件(加劲梁的弯矩分布均匀,索塔受较小的弯矩
等)荷载(索力、支座移动等),这些力可使用在正装分析中。
未知荷载系数的主要特点如下:
(1) 计算成桥阶段的未知荷载系数
计算满足成桥阶段的设计要求的各索的张力值,可用于倒装分析。
(2) 考虑施工阶段的影响,确定各施工阶段的未知荷载系数
可以不做倒装分析计算出满足成桥阶段设计要求的各施工阶段的索力。
(3) 提供成桥阶段和施工阶段的影响矩阵
分析施工过程中索力和桥型的误差原因,提供影响成桥阶段结果的影响矩阵。
(4) 可将影响矩阵转换为Excel文件
可将影响矩阵转换为包含计算公式的Excel文件,可用于调索和控制桥型。
(5) 可设置多种控制条件
控制条件可设置为位移、反力、桁架单元或梁单元的内力限制,限制条件的数量可任意多。
(6) 控制条件可输入固定值或上下限
因为可输入固定值和上下限,所以缩小了找不到未知荷载系数的概率。
(7) 可将未知荷载系数转换为荷载组合系数
在成桥阶段求出未知荷载系数后,可将其自动转换为荷载组合系数,为迅速查看结果提供了方便。
2. 未知荷载系数使用方法
未知荷载系数功能可分为成桥阶段未知荷载系数功能和考虑施工阶段的未知荷载系数功能。成桥阶段的
未知荷载系数功能在用户手册第三册中已经有例题说明。本文将着重说明考虑施工阶段的未知荷载系数
功能。
2.1 成桥阶段未知荷载系数功能的使用方法
在成桥阶段计算未知荷载系数的步骤如下:
2.2 考虑施工阶段的未知荷载系数功能的使用方法
考虑施工阶段计算未知荷载系数的步骤如下
3. 未知荷载系数的参数说明
3.1 使用未知荷载系数功能前需要输入的参数
先做成桥阶段分析后,在后处理中将施工阶段移动到Post CS阶段
3. 2 输入未知荷载系数数据
命令位置: 结果 > 未知荷载系数
名称
输入未知荷载系数数据的名称。
阶段名称
选择指定控制条件的施工阶段,一般可选择最后施工阶段。
约束条件
输入控制条件。可输入的控制条件有位移、反力、桁架单元和梁单元的内力。一般来说,斜拉桥中的
控制条件如下:
加劲梁的弯矩尽量要小切分布均匀
索塔产生弯矩或索塔顶端不产生水平位移
拉索的张力分布均匀
加劲梁的竖向位移
一般来说,施工阶段过程中加劲梁的桥型可通过施工和制作预拱度进行调整,所以施工过程中加劲梁
的竖向位移不会产生较大的内力。因此控制成桥阶段加劲梁的弯矩和索塔顶端的位移比控制施工阶段
过程中加劲梁的竖向位移更有实际意义。
最大绝对值 : 各荷载系数与权重值的乘积的绝对值中最大值
Obj. =Maximum T W T W11,2 2,???,T Wnn
系数的符号
选择未知荷载系数的符号。
负 : 未知荷载系数均为负号
正负 : 未知荷载系数的符号有正有负
正 : 未知荷载系数均为正号
如图4所示,要得到CS2阶段满足控制条件的索力,设计人员应注意下列问题。
在CS 2中,内力包括张拉索力引起的内力和拆除临时支座引起的内力两部分。
如果将张拉索和拆除临时支座定义在相同阶段的同一子步骤内,则无法得到单独张拉索力时的
未知荷载系数。
可在CS 2中将张拉索和拆除临时支座定义为两个子步骤。
表1. 图4的施工阶段定义
系数
计算得到的未知荷载系数,索力的未知荷载系数就是该施工阶段索的张力。将这里得到的索力反映到
各施工阶段,重新做施工阶段分析即可得到满足成桥阶段控制条件的结果。
数值
未知荷载系数作用下控制项的结果。该结果应在控制目标范围内。
上限、下限
控制条件的范围。
影响矩阵
输出影响矩阵。
将影响矩阵输出到Excel内。
考虑施工阶段的未知荷载系数功能是求在满足某施工阶段(如图1的?)控制条件(图1的?)时,计算特定
阶段(图1的?)的未知荷载系数的方法。
3.5 影响矩阵
影响矩阵就是当作用单位荷载时,对设计结果(内力、位移、反力)的影响值。影响矩阵可用于分析各施
工阶段的索力对成桥阶段的影响。图6的?为影响矩阵,可用下面公式表达。
n
Valuej= ∑ Factori? D
影响系数ij+j
i 1
且 Dj为与未知荷载系数无关的荷载的结果。
图6中约束条件Ele-03是约束了加劲梁与索连接位置的负弯矩,约束条件Ele-03的结果是按下列公式计算
的。
?230 89.01× ?5.355 155.4 1.399 375.32 3.957 251.37 0.625 332.31 0.055 42.66 0.693 1660.9+ × ?
且,Dj (–1660.9)是索张力以外的恒荷载和二期荷载引起的弯矩。
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